JP2003100682A - 半導体ウエハ用研磨パッド - Google Patents
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Abstract
及び研磨パッド表面が湾曲することを防止して、安定し
た研磨を行うことができる半導体ウエハ用研磨パッドを
提供する。 【解決手段】 非架橋1,2−ポリブタジエンを加熱さ
れたニーダーにて混練し、架橋剤を添加してさらに混練
した後、金型内にて所定時間架橋反応させた後、成形
し、支持層を得る。一方、架橋1,2−ポリブタジエン
80体積%とβ−シクロデキストリン20体積%とを加
熱されたニーダーにて混練し、架橋剤を添加してさらに
混練した後、金型内にて所定時間架橋反応させた後、成
形し、研磨層を得る。得られた研磨層の裏面に支持層を
両面粘着テープにより接合して本発明の研磨パッドを得
る。
Description
磨パッドに関する。更に詳しくは、研磨時に支持層から
研磨層が浮き上がること及び研磨パッド表面が湾曲する
ことを防止して、安定した研磨を行うことができる半導
体ウエハ用研磨パッドに関する。
研磨層と支持層等を備える複層構造の半導体ウエハ用研
磨パッドは知られている(特公平5−505769号公
報及び特開平6−21028号公報等)。このような研
磨パッドは、通常、図1に示すようにして使用される。
即ち、研磨パッド1を軸回転する定盤2に貼り付ける一
方、半導体ウエハ4は加圧ヘッド3の一端に取り付けら
れる。加圧ヘッドは、半導体ウエハを研磨パッドの表面
に押圧しながら自身が回転及び移動することにより、半
導体ウエハを研磨パッド表面に摺動させることができ
る。
下方に位置する研磨パッドは押圧されて圧縮されるが、
加圧ヘッドが移動した後のその位置の研磨パッドは弾性
回復し、圧縮は開放される。このような研磨において、
支持層として多孔質弾性体が用いられると、圧縮及び開
放の繰り返しにより、スラリー供給部5等から供給され
るスラリー又はスラリー中の水系媒体が研磨パッドの側
方から支持層内に侵入することがある。そして、元来多
孔質弾性体の内部に存在した空気が次第に支持層と研磨
層との界面の中心部へ寄せ集められ、支持層と研磨層と
が剥がれたり、更には、研磨パッドの表面が湾曲するこ
とがある。このような状態は高い平坦性を得ることを目
的とする半導体ウエハの研磨において好ましくない。
り、研磨時に支持層から研磨層が浮き上がることや、更
には研磨パッド表面が湾曲する等の不具合を生じること
なく安定して研磨を行うことができる半導体ウエハ用研
磨パッドを提供することを目的とする。
研磨パッド(以下、単に「研磨パッド」ともいう)は、
支持層と、該支持層の一面に積層される研磨層とを備
え、該支持層は非多孔質弾性体であることを特徴とす
る。
ないが、例えば、円形、多角形(四角形等)などとする
ことができる。この平面形状は後述する研磨層と同じで
あっても異なっていてもよい。また、その厚さも特に限
定されないが、例えば、0.1mm以上5mm以下(更
に好ましくは0.5mm以上2mm以下)とすることが
できる。
れず、種々のものを用いることができる。この材料とし
ては、特に所定の形状及び性状への成形が容易であり、
適度な弾性を付与できること等から有機材料を用いるこ
とが好ましい。有機材料としては、熱可塑性樹脂、熱硬
化性樹脂、エラストマー及びゴム等を単独又は組み合わ
せて用いることができる。
オレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリアクリル
系樹脂{(メタ)アクリレート系樹脂等}、ビニルエス
テル樹脂(アクリル樹脂を除く)、ポリエステル系樹
脂、ポリアミド系樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート
樹脂、ポリアセタール樹脂等を挙げることができる。ま
た、上記熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹
脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレ
タン樹脂、ポリウレタン−ウレア樹脂及びウレア樹脂、
ケイ素樹脂等を挙げることができる。
ン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体(SB
S)、その水素添加ブロック共重合体(SEBS)等の
スチレン系エラストマー、ポリオレフィン系エラストマ
ー(TPO)、熱可塑性ポリウレタン系エラストマー
(TPU)、熱可塑性ポリエステル系エラストマー(T
PEE)、ポリアミド系エラストマー(TPAE)、ジ
エン系エラストマー(1,2−ポリブタジエン等)など
の熱可塑性エラストマー、シリコーン樹脂系エラストマ
ー、フッ素樹脂系エラストマー等を挙げることができ
る。ゴムとしては、スチレン−ブタジエンゴム、イソプ
レンゴム、イソブチレン−イソプレンゴム、ブチルゴ
ム、アクリルゴム、アクロルニトリル−ブタジエンゴ
ム、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン
−ジエンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等を挙げる
ことができる。
ルボキシル基、ヒドロキシル基、エポキシ基及びアミノ
基等の少なくとも1種により変性されていてもよい。例
えば、支持層が、相溶性が低いためにマトリックス材
(連続相を構成する材料)と、この中に分散されたドメ
イン材(分散相を構成する材料)との二相から形成され
ている場合には、変性により各相間の親和性等を向上さ
せることができる。また、支持層を構成する上記の材料
は、架橋重合体であるか又は非架橋重合体であるかは特
に限定されない。
を含む。また、通常、表面のみが多孔性であるために吸
水作用が得られないもの等も含む。この支持体の比重は
特に限定されないが、支持層を構成するものと同一の材
料に空隙が全く含まれないように高圧下で成形した緻密
体の比重に対して、JIS K 7311に準じて測定
した支持層の比重が80%以上(より好ましくは90%
以上、更に好ましくは95%以上)であることが好まし
い。この割合が80%未満となると、液体が含浸できる
空隙が支持層に含まれるようになる傾向にあり好ましく
ない。
高くても、また、同じでもよいが、第2発明のように、
研磨層の硬度に比べて低いことが好ましい。この支持層
の硬度は、研磨層の硬度に対して90%以下(更には8
0%以下、特に70%以下)であることが好ましい。更
に、この支持層の硬度はショアーD硬度において70以
下(より好ましくは60以下、更に好ましくは50以
下)であることが好ましい。
リーを保持し、更には、研磨屑を一時的に滞留させるこ
とができるものである。また、その平面形状は特に限定
されないが、例えば、円形や多角形(四角形等)などと
することができる。また、その厚さも特に限定されない
が、0.1〜20mm(更には0.5〜10mm、特に
0.5〜5mm)とすることが好ましい。
ーを保持し、研磨屑を一時的に滞留させるために、微細
な穴(以下、「ポア」という)や溝が少なくとも研磨時
までに形成されることが好ましい。即ち、例えば、研磨
層には予めポア及び/又は溝が形成されていてもよく
(例えば、発泡体等)、研磨層を構成するマトリックス
材(後述する非水溶性マトリックス材を含む)中に分散
されて含有されるドメイン材(後述する水溶性粒子を含
む)が研磨時に脱離し、ポア及び/又は溝を形成されて
もよい。尚、上記溝は上記スラリーの保持、研磨屑の一
時滞留等の目的以外にも使用済みスラリーの排出性を向
上させる目的等で設けることができる。
材も特に限定されず、種々のものを用いることができ
る。このマトリックス材としては、特に所定の形状及び
性状への成形が容易であり、適度な弾力性を付与できる
こと等から有機材料を用いることが好ましく、この有機
材料としては前述の支持層を構成する材料として列挙し
た各種有機材料を適用することができる。但し、支持層
と研磨層は同じ有機材料から構成されてもよく、また、
異なる有機材料から構成されてもよい。
各種の有機材料は、架橋重合体であるか又は非架橋重合
体であるかは特に限定されないが、研磨層の少なくとも
一部(2種以上の材料の混合物からなり、その少なくと
も1種の少なくとも一部が架橋重合体である場合、及
び、1種の材料からなり、その少なくとも一部が架橋重
合体である場合を含む)が架橋重合体であり、研磨層は
弾性回復力を有することが好ましい。
機材料の中でも、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポ
リアクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエス
テル樹脂(ポリアクリル樹脂を除く)等の樹脂や、ジエ
ン系エラストマー(例えば、1,2−ポリブタジエン
等)、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、アクリルゴ
ム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、スチレン−ブ
タジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、シリコーン
ゴム、フッ素ゴム、スチレン−イソプレンゴム等を架橋
反応させた重合体や、ポリエチレン、ポリフッ化ビニリ
デン等を架橋させた(架橋剤、紫外線又は電子線等の照
射による)重合体等を挙げることができる。その他、ア
イオノマー等を用いることもできる。
記の架橋重合体を用いることにより、研磨層に弾性回復
力が付与され、研磨時に研磨面にかかるずり応力による
変位を小さく抑えることができ、研磨時及びドレッシン
グ時に研磨層を構成するマトリックス材が過度に引き延
ばされ塑性変形によりポアが埋まることを防止できる。
また、研磨層の表面が過度に毛羽立つことも防止でき
る。このため、研磨時のスラリーの保持性が良く、ドレ
ッシングによるスラリーの保持性の回復も容易であり、
更には、スクラッチの発生も防止できる。
じる試験片形状に成形し、80℃において破断させた場
合、破断後に残留する伸び(以下、単に「破断残留伸
び」という)は100%以下にできる。即ち、破断した
後の試験片の標線間合計距離を破断前の標線間距離の2
倍以下にすることができる。この破断残留伸びは30%
以下(更に好ましくは10%以下、とりわけ好ましくは
5%以下、通常0%以上)であることがより好ましい。
破断残留伸びが100%を超えて大きくなるにつれ、研
磨時及び面更新時に研磨層表面から掻き取られた又は引
き延ばされた微細片がポアを塞ぎ易くなる傾向にある。
51「加硫ゴムの引張試験方法」に準じて、試験片形状
ダンベル状3号形、引張速度500mm/分、試験温度
80℃で引張試験において試験片を破断させた場合に、
破断して分割された試験片の各々の標線から破断部まで
の合計距離から、試験前の標線間距離を差し引いた伸び
である。尚、試験温度については、実際の研磨において
摺動により達する温度が80℃程度であるため、この温
度で行っている。
材が非水溶性マトリックス材である場合に、ドメイン材
として水溶性粒子を分散含有させることができる。水溶
性粒子は少なくともその一部がスラリーに含有される水
系媒体との接触により研磨層外へ離脱できる粒子であ
る。これにより、研磨層の表面にポアが形成される。こ
の水溶性粒子の大きさは特に限定されないが、JIS
K 6221に準じて測定した平均粒径が0.1〜10
00μm(より好ましくは0.1〜500μm、更に好
ましくは0.5〜200μm)であることが好ましい。
この平均粒径が0.1μm未満であると、ポアの大きさ
が砥粒より小さくなることがあり、ポアに十分に砥粒が
保持できないことが生じる場合があり好ましくない。一
方、1000μmを超えると、形成されるポアの大きさ
が過大となり研磨層の機械的強度及び研磨速度が低下す
る傾向にある。
は、特に限定されないが、通常、研磨層を構成する非水
溶性マトリックス材と水溶性粒子との合計を100体積
%とした場合に、水溶性粒子は1〜70体積%(より好
ましくは1〜50体積%、更に好ましくは1〜40体積
%)であることが好ましい。特に予め発泡させる等の方
法によりポアが形成されていない非水溶性マトリックス
材を用いる場合は、水溶性粒子の含有量が1体積%未満
であると十分な量のポアが形成されず、研磨速度が低下
する傾向にある。一方、70体積%を超えると、内部に
存在する水溶性粒子が意図せずに溶解又は膨潤すること
を防止でき難くなる傾向にある。
れず、種々の材料を用いることができるが、例えば、有
機系水溶性粒子及び無機系水溶性粒子を用いることがで
きる。有機系水溶性粒子としては、デキストリン、シク
ロデキストリン、マンニット、糖類(乳糖等)、セルロ
ース類(ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロ
ース等)、でんぷん、蛋白質、ポリビニルアルコール、
ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリエチレン
オキサイド、水溶性感光性樹脂、スルフォン化ポリイソ
プレン、スルフォン化ポリイソプレン共重合体等から形
成されたものを挙げることができる。更に、無機系水溶
性粒子としては、酢酸カリウム、硝酸カリウム、炭酸カ
リウム、炭酸水素カリウム、塩化カリウム、臭化カリウ
ム、リン酸カリウム、硝酸マグネシウム等から形成され
たものを挙げることができる。これらの水溶性粒子は、
上記各材料を単独又は2種以上を組み合わせて含有して
もよい。更に、所定の材料からなる1種の水溶性粒子で
あってもよく、異なる材料からなる2種以上の水溶性粒
子であってもよい。
したもののみが水溶し、表出することなく研磨層内に存
在するものは吸湿及び膨潤しないことが好ましい。この
ため、水溶性粒子には最外部の少なくとも一部に吸湿を
抑制するエポキシ樹脂、ポリイミド、ポリアミド及びポ
リシリケート等から構成される外殻を形成してもよい。
外にも、研磨層の押し込み硬さを適度なものとする機能
を有する。研磨層は、研磨時に付加する圧力を大きく
し、研磨速度を向上させ、高い平坦性を得るためにショ
アーD硬度を研磨層の全体において35〜100とする
ことが好ましい。しかし、所望のショアーD硬度を研磨
層を構成するマトリックス材のみから得ることは困難で
あることも多く、このような場合は、水溶性粒子を含有
させることでポアを形成する以外にショアーD硬度を向
上させることが可能となる。このような理由から水溶性
粒子は、研磨パッド内において十分な押し込み硬さを確
保できる中実体(内部に空隙を有さない)であることが
好ましい。
に分散させる方法は特に限定されないが、通常、非水溶
性マトリックス材となる上記のような有機材料と、水溶
性粒子及びその他の添加剤等を混練して得る。この混練
においては、非水溶性マトリックス材は加工し易いよう
に加熱されて混練されるが、この時の温度において水溶
性粒子は固体であることが好ましい。固体であることに
より、非水溶性マトリックス材との相溶性に関わらず水
溶性粒子を前記の好ましい平均粒径を呈する状態で分散
させ易くなる。従って、使用する非水溶性マトリックス
材の加工温度により、水溶性粒子の種類を選択すること
が好ましい。
磨層としては、第3発明のように、ショアD硬度が35
以上(より好ましくは35〜100、更に好ましくは4
5〜90)であり、非水溶性マトリックス材と該非水溶
性マトリックス材中に分散された水溶性粒子とを含有
し、該水溶性粒子の平均粒径は0.01〜1000μm
(より好ましくは0.1〜500μm、更に好ましくは
0.5〜200μm)であり、該非水溶性マトリックス
材と該水溶性粒子との合計を100体積%とした場合
に、該水溶性粒子は1〜70体積%(更には1〜50体
積%、特に1〜40体積%)であることが好ましい。
備える研磨層には、マトリックス材(非水溶性マトリッ
クス材を含む)及び水溶性粒子以外にも製造時に必要に
応じて、マトリックス材と水溶性粒子との親和性並びに
分散性を向上させるために添加された相溶化剤(酸無水
物基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、エポキシ基、
オキサゾリン基及びアミノ基等により変性された重合
体、ブロック共重合体及びランダム共重合体等)、種々
のノニオン系界面活性剤、及び、カップリング剤等やこ
れらの残渣が含有されていてもよい。
る砥粒、酸化剤、アルカリ金属の水酸化物及び酸、pH
調節剤、界面活性剤、スクラッチ防止剤等の少なくとも
1種を含有させることができる他、充填剤、軟化剤、酸
化防止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、滑剤、可塑剤等
の各種の添加剤を含有させることができる。特に、充填
材としては炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、タル
ク、クレー等の剛性を向上させる材料等を用いることが
できる。
限定されない。また、この積層においては接合されてい
ても、接合されていなくてもよい。例えば、支持層の表
面と研磨層の表面とに研磨時に相互にずれを生じない程
度に十分な摩擦を有する場合等には接合することなく積
層することができる。また、接着剤や接着材(両面テー
プ等)などを用いて接合して積層することができる。
定されず、種々のものとすることができる。例えば、円
盤状、ベルト状、ローラー状等とすることができる。更
に、本発明の研磨パッドは上記支持層及び上記研磨層以
外にも他の層(例えば、支持層の研磨面とは反対面に設
ける金属製の基体層等)を1層又は2層以上備えること
ができる。更に、本発明の研磨パッドの使用方法は特に
限定されず、通常、公知の半導体ウエハの研磨装置及び
半導体ウエハの研磨方法に用いることができる。
くとも砥粒を含有する水系分散体を意味するが、研磨の
際に外部から供給されるのはスラリーであってもよく、
また、砥粒等を含有しない水系媒体のみであってもよ
い。水系媒体のみが供給される場合は、例えば、研磨パ
ッド内に砥粒を含有させることにより研磨の過程で、こ
の砥粒と水系媒体とが混合されてスラリーとなる。
的に説明する。 [1]本発明の研磨パッドの製造(非多孔質弾性体から
なる支持層を有する) (1)研磨層の製造 後に架橋されて非水溶性マトリックス材となる1,2−
ポリブタジエン(JSR株式会社製、品名「JSR R
B830」)80体積%と、水溶性粒子としてβ−シク
ロデキストリン(横浜国際バイオ研究所株式会社製、品
名「デキシーパールβ−100」)20体積%とを12
0℃に加熱されたニーダーにて混練した。その後、1,
2−ポリブタジエンとβ−シクロデキストリンとの合計
を100質量部とした場合に、ジクミルパーオキサイド
(日本油脂株式会社製、品名「パークミルD40」)が
0.6質量部となるように添加してさらに混練した後、
金型内にて170℃で18分間架橋反応させ、成形し、
直径600mm、厚さ3mmの研磨層を得た。
エン(JSR株式会社製、品名「JSR RB83
0」)を100体積%用い、金型内にて130℃で成形
し、直径600mm、厚さ2mmの支持層(非架橋体)
を得た。
両面粘着テープ(住友スリーエム株式会社製、品名「S
T−416P」)により接合して積層し、研磨パッドを
得た。
弾性体からなる支持層を有する) 研磨層としては[1]の(1)で得られた研磨層を用い
た。一方、支持層としては、表裏面に粘着剤が塗布され
た厚さ2mmの発泡ポリウレタンフォーム(リンテック
株式会社製、品名「TL−55−2」)を、直径600
mmに裁断したものを用いた。[1]の(1)で得られ
た研磨層と[2]で得られた支持層とを接合して積層
し、比較例である研磨パッドを得た。
ッドとを各々研磨装置(ラップマスターSTF社製、形
式「LGP510」)の定盤に両面粘着テープ(住友ス
リーエム株式会社製、品名「ST−416P」)により
張り付け、スラリー(JSR株式会社製、品名「CMS
1101」)を1分間に100mlずつ供給しながら熱
酸化膜が形成されたブランケットウエハを研磨した。こ
の時のテーブル回転数は50rpmとし、研磨圧力は3
50g/cm2として研磨を行った。
パッドでは研磨中(研磨開始から20分後)に支持層の
外縁から中心方向に約20mm程の領域にスラリーの侵
入が認められた。更に、そのまま、約2時間研磨を続け
た結果、支持層の外周部が定盤から剥がれていることが
確認された。これに対して、[1]で得られた本発明の
研磨パッドでは研磨中に支持層にスラリーが侵入する現
象は全く認められなかった。従って、定盤からの支持層
の剥離や、支持層からの研磨層の浮き上がり、研磨パッ
ド表面の湾曲等も認められなかった。
ると、研磨時に研磨層と支持層との間で剥がれを生じた
り、支持層から研磨層が浮き上がり研磨パッド表面が湾
曲する等の不具合を生じることなく安定して研磨を行う
ことができる。
説明図である。
盤、3;加圧ヘッド、4;半導体ウエハ、5;スラリー
供給部。
Claims (3)
- 【請求項1】 支持層と、該支持層の一面に積層される
研磨層とを備え、該支持層は非多孔質弾性体であること
を特徴とする半導体ウエハ用研磨パッド。 - 【請求項2】 上記支持層の硬度は、上記研磨層の硬度
に比べて低い請求項1記載の半導体ウエハ用研磨パッ
ド。 - 【請求項3】 上記研磨層はショアD硬度が35以上で
あり、非水溶性マトリックス材と該非水溶性マトリック
ス材中に分散された水溶性粒子とを含有し、該水溶性粒
子の平均粒径は0.01〜1000μmであり、該非水
溶性マトリックス材と該水溶性粒子との合計を100体
積%とした場合に、該水溶性粒子は1〜70体積%であ
る請求項1又は2に記載の半導体ウエハ用研磨パッド。
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